近日，美國國家點燃實驗設施（NIF）的研究人員實現了一項“歷史性爆炸”。他們終於將2.05兆焦耳的激光聚焦到一個小小的聚變燃料膠囊上，並引發了一場爆炸，產生了3.15兆焦耳的能量——相當於約3根炸藥。NIF用激光驅動的方法實現了凈能量增長（輸出的能量多於輸入的能量）。70年來，核聚變科學家一直在追逐這個難以捉摸的目標，即所謂的“能量增益”。
美國能源部（DOE）官員12月13日宣布了這一結果，為核聚變研究人員注入了一劑“強心針”，因為他們長期以來一直被批評為承諾過高，交付不足。
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據分析，核聚變擁有誘人的承諾，即提供豐富的、無碳的能源。而沒有裂變驅動的核電有許多放射性問題。但是，讓氫離子融合成氦氣並釋放能量，需要超過1億攝氏度的溫度——這種條件很難實現和維持。NIF的結果表明這是可能的，至少在1小部分的時間內是如此。
儘管如此，聚變電站仍是科學家一個“遙遠的夢想”。NIF的設計從來都不是為了進行商業化的發電。它的主要功能是創造微型熱核爆炸，並提供數據以確保美國的核武器庫是安全和可靠的。
耗資35億美元的NIF於2010年開始其“點火”研究活動。其激光器被安置在一個有3個美國足球場大小的建築物內，提供一個強大的、納秒級的紅外脈衝，分成192個光束，並轉化為紫外光。這些光束被集中在目標上——一個只有鉛筆橡皮大小的金罐，裡面有一個花椒大小的燃料膠囊。當被加熱到數百萬度時，黃金髮出X射線，使膠囊的鑽石外殼汽化。被炸毀的鑽石使燃料內爆，壓縮並加熱它。
如果燃料的壓縮足夠對稱，核聚變反應就會從一個中心熱點開始，並向外順利傳播，核聚變的熱量會引發更多的燃燒。經過十多年的努力，NIF的科學家們在2021年8月的一次射擊產生了70%的輸入激光能量後，宣布他們已經實現了這一里程碑。不過，NIF的資助者——美國能源部國家核安全局將NIF的目標設定為能量增益大於1，即近日剛通過的門檻。
科學界認為，NIF走出這一步並不容易。在2021年8月的實驗之後，NIF團隊發現它無法重複，而使用一個光滑的鑽石艙膠囊被證明是關鍵。2021年8月，他們曾製造出的那個膠囊被認為是“最完美的光滑球形”。他們將膠囊做得稍微厚一些，這為內爆提供了更多的動力，但需要更長、更強大的激光脈衝。因此，他們調整了激光器以擠出更多的能量，將能量從1.9兆焦耳提高到2.05兆焦耳。
9月的一次拍攝產生了1.2兆焦耳，向NIF的研究人員表明他們在正確的軌道上，但對稱性很差。燃料當時被壓成了一個薄餅，而不是一個緊密的球。通過調整激光器的192個光束的能量，他們能夠得到一個更加球形的內爆，這導致了他們近日的成功。
在NIF破解了這個難題之後，研究人員希望激光核聚變實驗能夠獲得更大的可信度，投入更多的研發資金。據分析，這是人類經歷了漫長的努力之後，在可控核聚變領域取得的非常重要的第一步，也是人類取得巨大清潔能源的關鍵一步。
